О дозе ультразвуковой хирургии
В высокорейтинговом журнале Ultrasonics (Q1, IF 4.2) опубликована статья сотрудников, аспирантов и выпускников LIMU Е.М. Пономарчук, А.А. Крохмаль, А.В. Квашенниковой и В.А. Хохловой «Histology-based quantification of boiling histotripsy outcomes via ResNet-18 network: Towards mechanical dose metrics».
📖 С текстом публикации можно ознакомиться здесь.
Кратко:
Гистотрипсия с кипением - новый развивающийся метод, позволяющий неинвазивно (т.е. бесконтакно, без разреза) разрушать нежелательные биологические ткани в организме человека (например, опухоли) с помощью мощного фокусированного ультразвука (HIFU = high intensity focused ultrasound). Целевая ткань в фокусе превращается в жидкость как в «дистанционном блендере».
✔️ В опубликованной статье предлагается концепция пороговой дозы для неинвазивного механического разрушения биологических тканей методом гистотрипсии с кипением.
✔️ На основе разработанного нейросетевого алгоритма проведен количественный анализ гистологических изображений разрушений для тканей с разным содержанием коллагена.
В.А. Хохлова, Е.М. Пономарчук, А.В. Квашенникова (сверху), А.А. Крохмаль (снизу)
Подробнее:
В публикации представлены результаты исследований LIMU, посвященных определению пороговой дозы воздействия для механического разрушения биологических тканей методом гистотрипсии с кипением. Сложность в развитии такой концепции заключается в различном отклике биотканей к механическому разрушению, в отличие, например, от их схожей чувствительности к тепловому некрозу, на котором основана тепловая HIFU-хирургия и, соответственно, понятие тепловой дозы.
В работе были экспериментально реализованы объемные механические разрушения в разных по структуре и составу биотканях при варьируемых протоколах ультразвукового воздействия. Состав полученных разрушений анализировался количественно методами гистологического анализа. Для автоматизации анализа гистологических изображений в работе был разработан нейросетевой алгоритм на основе ResNet-18.
(a,e) УЗИ-снимки разрушений, (b,f) разрезанные разрушения, (c,f) гистологические препараты разрушений, (d,h) нейросетевая маска разрушенной ткани.
В результате было показано, что планирование разрушения разных по составу тканей должно быть основано на разных понятиях дозы. В частности:
• Для полного разрушения тканей с высоким содержанием коллагена необходимо превысить пороговое значение произведения длительности используемых импульсов на их количество на каждую точку-фокус (при условии инициации кипения в течение каждого импульса).
• А при планировании разрушения тканей с низким содержанием коллагена достаточно отталкиваться от порогового количества импульсов на каждую точку-фокус, практически вне зависимости от их длительности. Благодаря этому, можно значительно ускорить процесс разрушения тканей с низким содержанием коллагена путем использования коротких ультразвуковых импульсов.
Таким образом, опубликованная работа предлагает концепцию пороговой дозы гистотрипсии с кипением для тканей с высоким и низким содержанием коллагена, что может быть использовано для предварительного планирования неинвазивного механического разрушения биологических тканей разной структуры и состава методом гистотрипсии с кипением.
Работа была поддержана грантом РНФ и стипендиями Focused Ultrasound Foundation, фондов «БАЗИС» и «Интеллект».
